[发明专利]基于微透镜的多平面显微成像系统及成像方法

说明书

本发明公开了一种基于微透镜的多平面显微成像系统及成像方法，该系统包括：视窗模块用于将观测样本处的光学信号传播到微透镜和显微镜；微透镜模块，用于将微透镜观测面的位置移动到显微镜焦面进行成像；显微光学放大模块，用于对显微镜焦面发出的光学信号进行光学放大；信息采集模块，用于对显微光学放大模块的输出信号进行采集和处理，得到处理结果。该系统提升了传统光学显微镜的性能，使得传统光学显微镜能够实现对观测样本表面信息、深层信息或截面信息的同时观测。

技术领域

本发明涉及光学显微成像技术领域，特别涉及一种基于微透镜的多平面显微成像系统 及成像方法。

背景技术

光学显微成像技术是人类认识微观世界的重要工具之一。通过光学显微成像技术，人 类认识理解了细胞、细菌、病毒等微生物结构，极大促进了生命科学和医学的发展。光学 显微镜的一个重要应用领域是脑神经活动的动态成像。结合GCaMP等化学指示剂，光学 显微镜可以利用钙浓度变化、化学递质浓度变化和电压变化等带来的荧光强度变化探测神 经元活动的变化。生物的大脑具有分层的三维结构，不同层具有不同的结构和功能。例如， 大脑的海马区和大脑皮层的信息交流和记忆的形成直接相关，因此为了探索记忆的形成过 程需要同时对海马和皮层进行同时观测。传统的光学显微技术单次拍摄只能对显微镜焦面 上的目标实现清晰呈现，焦面外的物体会产生模糊。

为了实现多平面样本的观测，现有方案主要有三种：第一种采用机械移动物镜，不同 时刻观测不同的位置，但是机械惯性限制了成像的速度；第二种采用电调变焦透镜改变物 镜焦距，此方法相对第一种方法提升了成像速度，但是受限于电调透镜的原理，视场范围 受限；第三种是光场显微成像方法，通过牺牲成像系统的横向分辨率来实现对三维光场的 获取和重建，不但无法分辨神经元的细节，还需要大量的数据算法才可以实现三维重建。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于微透镜的多平面显微成像系统，该系统通 过在传统显微镜物镜和样本面之间加入微透镜，实现视野中不同深度区域的同时成像。

本发明的另一个目的在于提出一种基于微透镜的多平面显微成像方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于微透镜的多平面显微成像系统， 包括：显微镜、设置于显微镜物镜和观测样本之间的微透镜模块、视窗模块、显微光学放 大模块、信息采集模块；

所述视窗模块用于将所述观测样本处的光学信号传播到微透镜模块和显微镜；

所述微透镜模块，用于将微透镜观测面的位置移动到显微镜焦面进行成像；

显微光学放大模块，用于对显微镜焦面发出的光学信号进行光学放大；

信息采集模块，用于对所述显微光学放大模块的输出信号进行采集和处理，得到处理 结果。

本发明实施例的基于微透镜的多平面显微成像系统，解决了现有的宽场显微系统无法 同时对多个平面成像的局限性，利用在显微镜物镜和样本之间放置微透镜实现多平面的同 时成像，从而能够在保持传统显微成像光路的前提下实现对样本内不同深度不同区域样本 的同时观测。

另外，根据本发明上述实施例的基于微透镜的多平面显微成像系统还可以具有以下附 加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述视场模块包括微透镜视窗和宽视场视窗；

所述微透镜视窗，用于保持微透镜观测视野的平整，并把微透镜成像范围的信息传播 到所述宽视场视窗；

所述宽视场视窗用于保持宽视场的平整。